量子力学的应用PPT教学课件
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量子力学课件(完整版)
Light beam
metal
electric current
11
能量量子化的假设
造成以上难题的原因是经典物理学认为 能量永远是连续的。
如果能量是量子化的，即原子吸收或发 射电磁波，只能以“量子”的方式进行， 那末上述问题都能得到很好的解释。
12
能量量子化概念对难题的解释
原子寿命 ①原子中的电子只能处于一系列分立的能级之中。
18
当 kT hc（高频区）
E(, T)
2hc2 5
e hc
kT
Wein公式
当 kT hc（低频区）
E(, T)
2c 4
kT
Rayleigh–Jeans公式
19
能量量子化概念对难题的解释
对光电效应的解释
如果电子处于分立能级且入射光的能 量也是量子化的，那么只有当光子的能 量（E =hυ）大于电子的能级差，即E =hυ > En－Em时，光电子才会产生。如 果入射光的强度足够强，但频率υ足够 小，光电子是无法产生的。
2 , k 2 / ,
得到 d 2 0,所以，t x(t)
dk 2 m
物质波包的观点夸大了波动性的一面，抹杀 了粒子性的一面，与实际不符。
45
（2）第二种解释：认为粒子的衍射行为是大 量粒子相互作用或疏密分布而产生的行为。 然而，电子衍射实验表明，就衍射效果 而言， 弱电子密度＋长时间＝强电子密度＋短时间 由此表明，对实物粒子而言，波动性体 现在粒子在空间的位置是不确定的，它是以 一定的概率存在于空间的某个位置。
2
这面临着两个问题：
1、信号电磁波所覆盖的区域包括大量的 元件，每个元件的工作状态有随机性，但 器件的响应具有统计性；
《高中物理教师课件：量子力学》
《高中物理教师课件：量 子力学》
量子力学是研究微观世界的一门物理学科。它描述了物质和能量在最小的尺 度上的行为，引领了现代科学的发展。
量子力学的简介
Hale Waihona Puke 什么是量子力学量子力学是描述微观世 界中物质和能量行为的 理论。
量子力学的发展历史
自20世纪初以来，科学 家们不断完善和发展量 子力学的理论和实验基 础。
量子力学的挑战和问题
1
量子力学与相对论的统一性
科学家们一直在寻求将量子力学和相对论统一起来的全新理论。
2
量子纠缠和量子计算的难题
量子纠缠和量子计算的研究是量子力学中的重要课题，也是挑战。
3
量子力学的前景
量子计算机和量子通信技术是量子力学的重要应用领域，具有巨大的潜力。
发展量子力学的前景
1 量子计算机的应用
量子力学的基本思想
量子力学中的一个核心 思想是粒子可以显示出 波动性，而波动也可以 显示出粒子性。
量子力学的基本原理
1 波粒二象性
2 不确定性原理
量子力学认为粒子既 可以表现出粒子性， 也可以表现出波动性， 这就是波粒二象性。
不确定性原理说明我 们无法同时准确地知 道量子粒子的位置和 动量。
3 波函数和测量
量子计算机有潜力在大数据处理和密码学等领域带来革命性的进展。
2 量子通信和量子加密技术的发展
量子通信和量子加密技术可以实现更高安全级别的信息传输和保护。
波函数是用来描述量 子系统的数学函数， 测量会导致波函数坍 缩为一个确定的值。
量子力学的重要应用
原子物理学
量子力学的应用之一是解释 和预测原子的行为，如原子 光谱和电子结构。
分子物理学
量子力学也用于研究和理解 分子的结构、振动和旋转。
量子力学是研究微观世界的一门物理学科。它描述了物质和能量在最小的尺 度上的行为，引领了现代科学的发展。
量子力学的简介
Hale Waihona Puke 什么是量子力学量子力学是描述微观世 界中物质和能量行为的 理论。
量子力学的发展历史
自20世纪初以来，科学 家们不断完善和发展量 子力学的理论和实验基 础。
量子力学的挑战和问题
1
量子力学与相对论的统一性
科学家们一直在寻求将量子力学和相对论统一起来的全新理论。
2
量子纠缠和量子计算的难题
量子纠缠和量子计算的研究是量子力学中的重要课题，也是挑战。
3
量子力学的前景
量子计算机和量子通信技术是量子力学的重要应用领域，具有巨大的潜力。
发展量子力学的前景
1 量子计算机的应用
量子力学的基本思想
量子力学中的一个核心 思想是粒子可以显示出 波动性，而波动也可以 显示出粒子性。
量子力学的基本原理
1 波粒二象性
2 不确定性原理
量子力学认为粒子既 可以表现出粒子性， 也可以表现出波动性， 这就是波粒二象性。
不确定性原理说明我 们无法同时准确地知 道量子粒子的位置和 动量。
3 波函数和测量
量子计算机有潜力在大数据处理和密码学等领域带来革命性的进展。
2 量子通信和量子加密技术的发展
量子通信和量子加密技术可以实现更高安全级别的信息传输和保护。
波函数是用来描述量 子系统的数学函数， 测量会导致波函数坍 缩为一个确定的值。
量子力学的重要应用
原子物理学
量子力学的应用之一是解释 和预测原子的行为，如原子 光谱和电子结构。
分子物理学
量子力学也用于研究和理解 分子的结构、振动和旋转。
量子力学的应用
• 利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案： 将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒 子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。 • 其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两 部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。 经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信 息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这 两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。 • 该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。 发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别 的粒子处于原物的量子态上。 • 在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。
量子力学的其他应用
• 量子力学模拟方法预测材料中电子的行为。 因此它是目前最直接最精确的用于计算材 料和分子性质的理论手段。理论上，量子 力学方法可以预测材料的任何性质，甚至 有些性质（例如电学、磁学、和光学特性） 只有量子力学方法能胜任，而其他方法， 例如原子尺度模拟方法，由于它们无法进 行合理近似，从而无法得到材料电子结构 的准确信息。
• 无论是量子并行计算还是量子模拟计算，本质上 都是利用了量子相干性。 • 在量子计算机中，量子比特不是一个孤立的系统， 它会与外部环境发生相互作用，导致量子相干性 的衰减，即消相干。因此，要使量子计算成为现 实，一个核心问题就是克服消相干。 • 量子编码是迄今发现的克服消相干最有效的方法。 主要的几种量子编码方案是：量子纠错码、量子 避错码和量子防错码。
量子力学的应用
在过去的30年中，初级的量子器件诸如单 电子记忆电池和光信号处理系统变得异常 普遍，纳米级和原子级的微元件更易加工。 如今，量子力学更被应用在绝大多数工程 实践中，如晶体管、激光器、量子光学、 分子器件等。
量子力学入门(最全版)PTT文档
由于牛顿本人的高度权威，微粒说在很长的一段时间占据着上风，1827年，托马斯·杨和奥古斯丁·菲涅耳用实验证明了光存在干涉现
象，这是和而“微测粒说量”不结相容果的。显示电磁波的速度非常的接近于光速。也就是 1874年，乔说治·强，斯顿光·史也东尼是首次一提出种了电电荷的磁概念波，它。是带亨电体里的基克本量·，赫不能兹再被制拆分作成更了小的一部分个。 能够产
生低于可见光频率的电磁波（现在我们称之为微波）的仪 器。早期研究的争议在于如何解释电磁辐射的本质，一些 人认为这是因为其的粒子性，而另一些人宣称这是一种波 动现象。在经典物理里，这两种思想是完全相悖的。
• 不久之后的一些实验现象如光电效应，只能把光看作“一 这个被称为紫外灾难的结果显然是错的。
不久之后的一些实验现象如光电效应，只能把光看作“一份一份”的或是将其量子化才能得到合理的解释。
•
• 不同温度下的黑体所辐射出的总能量和峰值波长。经典电磁理论过份 高估增强幅度，特别是短波长的部分。瑞利－金斯定律符合实验数据 中的长波长部分。但在短波长部分，经典物理预测炽热物体所发射出 的能量会趋于无穷大。这个被称为紫外灾难的结果显然是错的。
• 第一个能够完整解释热辐射光谱的模型是由马克斯·普朗克于1900年 提出的普朗克把热辐射建立成一群处于平衡状态的谐振子模型。为了 符合实验结果，普朗克不得不假设每一个谐振子必定以自身的特征频 率为能量单位的整数倍，而不能随意发射出任意量的能量。也就是说， 每一个谐振子的能量都经过“量子化”。每一个谐振子的能量量子与 谐振子的频率成一比例，这个比例常数就称为普朗克常数。普朗克常 数的符号为h，其值为 6.63×10−34 J s，频率f的谐振子能量E为
峰值频率和辐射源的温度有关）后再逐渐衰减至零。
如果我们知还道“是h”和理光子论的频上率，，就能牛用这顿个方的程计理算出论光子都的能失量。去了以往的地位。
象，这是和而“微测粒说量”不结相容果的。显示电磁波的速度非常的接近于光速。也就是 1874年，乔说治·强，斯顿光·史也东尼是首次一提出种了电电荷的磁概念波，它。是带亨电体里的基克本量·，赫不能兹再被制拆分作成更了小的一部分个。 能够产
生低于可见光频率的电磁波（现在我们称之为微波）的仪 器。早期研究的争议在于如何解释电磁辐射的本质，一些 人认为这是因为其的粒子性，而另一些人宣称这是一种波 动现象。在经典物理里，这两种思想是完全相悖的。
• 不久之后的一些实验现象如光电效应，只能把光看作“一 这个被称为紫外灾难的结果显然是错的。
不久之后的一些实验现象如光电效应，只能把光看作“一份一份”的或是将其量子化才能得到合理的解释。
•
• 不同温度下的黑体所辐射出的总能量和峰值波长。经典电磁理论过份 高估增强幅度，特别是短波长的部分。瑞利－金斯定律符合实验数据 中的长波长部分。但在短波长部分，经典物理预测炽热物体所发射出 的能量会趋于无穷大。这个被称为紫外灾难的结果显然是错的。
• 第一个能够完整解释热辐射光谱的模型是由马克斯·普朗克于1900年 提出的普朗克把热辐射建立成一群处于平衡状态的谐振子模型。为了 符合实验结果，普朗克不得不假设每一个谐振子必定以自身的特征频 率为能量单位的整数倍，而不能随意发射出任意量的能量。也就是说， 每一个谐振子的能量都经过“量子化”。每一个谐振子的能量量子与 谐振子的频率成一比例，这个比例常数就称为普朗克常数。普朗克常 数的符号为h，其值为 6.63×10−34 J s，频率f的谐振子能量E为
峰值频率和辐射源的温度有关）后再逐渐衰减至零。
如果我们知还道“是h”和理光子论的频上率，，就能牛用这顿个方的程计理算出论光子都的能失量。去了以往的地位。
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材料二：据联合国统计，目前全世界共有15亿人处于绝 对贫困状态，有7亿人营养不良，5亿人吃不到清洁水， 另有4000万人背井离乡，沦为难民。而且，目前世界上 的局部战争，大部发生在发展中国家或国内经济没有搞 好、人民生活水平下降的国家。
1、材料一、二分别说明当今世界存在着什么问题？
导致这些问题存在的主要根源分别又是什么？
一、美国发动伊拉克战争 萨达姆被捕 二、中东和平“路线图”计划出台并搁浅 三、美、加、英发生重大停电事故 四、中、朝、美、韩、俄、日为解决
朝核问题举行会谈 五、印巴在克什米尔地区实现停火 六、全球恐怖袭击事件频发 七、世界经济加快复苏步伐
（新华社２００３年国际十大新闻）
温馨提示
世界人民的 第一需要
A①②③④
B②③④⑤
C①②③⑤
D①②④⑤
4．近年来，巴以冲突不断，致使以色列的经济
发展水平持续下降，这说明 ( B )
①贫穷本身是一种不安定因素；
②发展是维护和平的坚实基础；
③和平是经济发展的必要前提；
④战乱会破坏和阻碍经济发展。
A①② B③④ C①③ D②④
5、2004年2月6日莫斯科地铁爆炸；3月11 日马德里火车站连环爆炸。恐怖事件造成大 量人员伤亡和财产损失。
第四章 量子力学的应用
基本内容 H原子 在电磁场中运动 角动量和自旋
4-1 粒子在有心力场中的运动
常见的作用形式 非常好的处理
哈氏量
V (x) V (r)
H pˆ 2 / 2 V (r)
2 2 V (r)
2
2
2
1 r2
(r2 r
) r
Lˆ2
2r 2
V (r)
CSCO
对这种现象你作何评价。
课后收集伊拉克战争 爆发以来的有关资料证明 你的观点。
1．2004年，世界各地发生了多起恐怖爆炸事 件。世界上绝大多数国家纷纷发表了声明，谴 责一切形式的恐怖主义。我国政府表示坚决反 对一切形式的恐怖主义，支持国际社会加强合 作，共同打击恐怖主义势力。世界上绝大多数
国家谴责和反对恐怖活动的态度表明 ( B )
②霸权主义是世界和平的主要危胁；
③美英等的行动是对《联合国宪章》和国际关系
基本原则的践踏；
④热爱和平是各国人民的共同愿望；
⑤要在相当长的时间内，避免局部战争是不可能
的。
A①②④⑤ B②③④ C③④⑤ D②③④⑤
3．20世纪90年代以来，世界范围内科技革命突
飞猛进，世界经济持续增长，但集中于发达国家
2、材料一二分别说明了什么道理？
3、解决这些问题的根本途径是什么？
材料一：2004年10月17日是“国际消除贫困日”， 中国骄 傲地宣布：农村贫困人口从1978年2.5亿减 少到2003年底的2900万，贫困人口占农村总人中的 比例由30.7%下降为30%左右。中国扶贫成就感动 世界。
材料二：中国人民历经沧桑，正走在和平崛起的社会 主义道路上。今天的中国，是一个改革开放与和平崛 起的中国。中国的崛起不会妨碍任何人，也不会威胁 任何人；中国的和平崛起有利于亚洲和世界。 （1）你认为中国扶贫成就取得的根本原因是什么？ （2）中国的“和平崛起”是由什么决定的？ （3）结合材料一运用所学知识谈谈对材料二的理解。
P(E(l)) ()l
第四章 第一节
1、和平与发展是当今世界的主题（B B） 2、和平与发展的关系（B B）
学习社会学科的目的之一： 关注社会、关注热点、 关注身边的变化
学习方法： 发现问题， 探究原因， 寻求解决问题的方法
亚太经合组织第十二次领导人非正式会议
探究问题
请同学们结合课本内 容和以上的图片，想一想 当今世界存在什么问题？
霸权主义 强权政治
当今世界的主题
和平
发展
相互联系 相互影响 相辅相成
世界人民关注 的重大问题
当今世界 并不太平
发展问题 也很严重
不公正不合 理的国际经 济旧秩序
建立国际政治经济新秩序
材料一：震惊全球的“9.11事件”发生后，美国的航 空业，仅停航一天，损失约3.57美元；证券市场激烈 动荡。大幅下跌……，使不景气的美国经济雪上加霜。 另据以色列银行统计，巴以冲突16个月以来，以色列的 经济损失达28亿美元。
的占世界人口l／6的人，垄断了全球近80％的 收入，而63个发展中国家的占世界人口60％的 人，仅得到世界收入的6％。对此，理解正确的
是 (A )
①发展问题是指世界经济的发展，特别是发展中
国家的经济发展问题；②世界经济总体在发展， 但整体的经济形势依然严峻；③全球发展的最突 出的问题是南北发展不均衡；④谋求社会的发展 和繁荣是人类永恒的课题；⑤发展中国家对世界 经济发展的贡献非常小
2 r 2
r0
r0
2 d 2
H eff 2 dr2 Veff (r )
一般结论
简并度 E不依赖于磁量子数m,故能级至 少有简并度 2 l+1(几何简并度）
一维运动的结论可用过来。例如对束缚 态，径向无简并，径向波函数可选为实 的。
F-H定理能量E 是轨道量子数l 的升函数。
宇称（如果E 值对应一个 l）
2003年3月20日，美国绕过安理会发动 了对伊拉克战争， 2003年5月1日美国总统布 什就宣布对伊战争取得胜利。
一年过去了，伊拉克仍然满目疮痍，人 民生活水平只有20世纪90年代的五分之一， 爆炸、抢劫等不断发生……。而美国对伊拉克 的军费开支超过1000亿美元，士兵死亡超过 1200人，伤者不计其数。
{H , Lˆ2 ,
Lˆ2Ylm (
Lˆz }
, )
l(l
1)2Ylm
(
,
)
LˆzYlm ( , ) mYlm ( , )
l 0,1,2,....
m 0,1,...,l
本征态
H (r, , ) E (r, , )
(r, , ) R(r)Ylm ( , )
1 r2
d (r2 dr
dR ) dr
（1）材料说明了什么问题？ （2）根据材料谈谈为什么要反对恐怖主义？ （3）如何反对恐怖主义？
再 见！
A全世界人人都反对战争
B要和平是当今时代的主流
C世界和平的主流已发生改变
D当前国际形势总体上已趋向战争和动乱
2．2003年3月20日，美英等国绕开联合国对伊
拉克进行军事打击，伊拉克战争爆发。此举遭到
世界许多国家的谴责，纽约、华盛顿、伦敦等数
以百计的城市爆发了反战示威游行。这说明
(
)
D
①战争有助于最终消除恐怖主义；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
[
2
2
(E
V
(r))
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等效方程
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1、材料一、二分别说明当今世界存在着什么问题？
导致这些问题存在的主要根源分别又是什么？
一、美国发动伊拉克战争 萨达姆被捕 二、中东和平“路线图”计划出台并搁浅 三、美、加、英发生重大停电事故 四、中、朝、美、韩、俄、日为解决
朝核问题举行会谈 五、印巴在克什米尔地区实现停火 六、全球恐怖袭击事件频发 七、世界经济加快复苏步伐
（新华社２００３年国际十大新闻）
温馨提示
世界人民的 第一需要
A①②③④
B②③④⑤
C①②③⑤
D①②④⑤
4．近年来，巴以冲突不断，致使以色列的经济
发展水平持续下降，这说明 ( B )
①贫穷本身是一种不安定因素；
②发展是维护和平的坚实基础；
③和平是经济发展的必要前提；
④战乱会破坏和阻碍经济发展。
A①② B③④ C①③ D②④
5、2004年2月6日莫斯科地铁爆炸；3月11 日马德里火车站连环爆炸。恐怖事件造成大 量人员伤亡和财产损失。
第四章 量子力学的应用
基本内容 H原子 在电磁场中运动 角动量和自旋
4-1 粒子在有心力场中的运动
常见的作用形式 非常好的处理
哈氏量
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H pˆ 2 / 2 V (r)
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CSCO
对这种现象你作何评价。
课后收集伊拉克战争 爆发以来的有关资料证明 你的观点。
1．2004年，世界各地发生了多起恐怖爆炸事 件。世界上绝大多数国家纷纷发表了声明，谴 责一切形式的恐怖主义。我国政府表示坚决反 对一切形式的恐怖主义，支持国际社会加强合 作，共同打击恐怖主义势力。世界上绝大多数
国家谴责和反对恐怖活动的态度表明 ( B )
②霸权主义是世界和平的主要危胁；
③美英等的行动是对《联合国宪章》和国际关系
基本原则的践踏；
④热爱和平是各国人民的共同愿望；
⑤要在相当长的时间内，避免局部战争是不可能
的。
A①②④⑤ B②③④ C③④⑤ D②③④⑤
3．20世纪90年代以来，世界范围内科技革命突
飞猛进，世界经济持续增长，但集中于发达国家
2、材料一二分别说明了什么道理？
3、解决这些问题的根本途径是什么？
材料一：2004年10月17日是“国际消除贫困日”， 中国骄 傲地宣布：农村贫困人口从1978年2.5亿减 少到2003年底的2900万，贫困人口占农村总人中的 比例由30.7%下降为30%左右。中国扶贫成就感动 世界。
材料二：中国人民历经沧桑，正走在和平崛起的社会 主义道路上。今天的中国，是一个改革开放与和平崛 起的中国。中国的崛起不会妨碍任何人，也不会威胁 任何人；中国的和平崛起有利于亚洲和世界。 （1）你认为中国扶贫成就取得的根本原因是什么？ （2）中国的“和平崛起”是由什么决定的？ （3）结合材料一运用所学知识谈谈对材料二的理解。
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第四章 第一节
1、和平与发展是当今世界的主题（B B） 2、和平与发展的关系（B B）
学习社会学科的目的之一： 关注社会、关注热点、 关注身边的变化
学习方法： 发现问题， 探究原因， 寻求解决问题的方法
亚太经合组织第十二次领导人非正式会议
探究问题
请同学们结合课本内 容和以上的图片，想一想 当今世界存在什么问题？
霸权主义 强权政治
当今世界的主题
和平
发展
相互联系 相互影响 相辅相成
世界人民关注 的重大问题
当今世界 并不太平
发展问题 也很严重
不公正不合 理的国际经 济旧秩序
建立国际政治经济新秩序
材料一：震惊全球的“9.11事件”发生后，美国的航 空业，仅停航一天，损失约3.57美元；证券市场激烈 动荡。大幅下跌……，使不景气的美国经济雪上加霜。 另据以色列银行统计，巴以冲突16个月以来，以色列的 经济损失达28亿美元。
的占世界人口l／6的人，垄断了全球近80％的 收入，而63个发展中国家的占世界人口60％的 人，仅得到世界收入的6％。对此，理解正确的
是 (A )
①发展问题是指世界经济的发展，特别是发展中
国家的经济发展问题；②世界经济总体在发展， 但整体的经济形势依然严峻；③全球发展的最突 出的问题是南北发展不均衡；④谋求社会的发展 和繁荣是人类永恒的课题；⑤发展中国家对世界 经济发展的贡献非常小
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一般结论
简并度 E不依赖于磁量子数m,故能级至 少有简并度 2 l+1(几何简并度）
一维运动的结论可用过来。例如对束缚 态，径向无简并，径向波函数可选为实 的。
F-H定理能量E 是轨道量子数l 的升函数。
宇称（如果E 值对应一个 l）
2003年3月20日，美国绕过安理会发动 了对伊拉克战争， 2003年5月1日美国总统布 什就宣布对伊战争取得胜利。
一年过去了，伊拉克仍然满目疮痍，人 民生活水平只有20世纪90年代的五分之一， 爆炸、抢劫等不断发生……。而美国对伊拉克 的军费开支超过1000亿美元，士兵死亡超过 1200人，伤者不计其数。
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本征态
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（1）材料说明了什么问题？ （2）根据材料谈谈为什么要反对恐怖主义？ （3）如何反对恐怖主义？
再 见！
A全世界人人都反对战争
B要和平是当今时代的主流
C世界和平的主流已发生改变
D当前国际形势总体上已趋向战争和动乱
2．2003年3月20日，美英等国绕开联合国对伊
拉克进行军事打击，伊拉克战争爆发。此举遭到
世界许多国家的谴责，纽约、华盛顿、伦敦等数
以百计的城市爆发了反战示威游行。这说明
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①战争有助于最终消除恐怖主义；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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